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药学院王红胜教授课题组在m6A调控肿瘤细胞能量代谢及其编辑工具取得新进展


稿件来源:药学院 | 作者:药学院 | 编辑:谈荣钰、郝俊 | 发布日期:2020-06-18 | 阅读次数:


        正常细胞代谢所需的能量主要由线粒体氧化磷酸化产生的ATP提供,而肿瘤细胞即便氧供充足也偏好利用糖酵解供能。肿瘤细胞的糖酵解代谢为其提供充足的ATP,利于其生长增殖。近年来,针对肿瘤细胞能量代谢的研究受到广泛关注,基于肿瘤能量代谢的内在分子机制研究,将对肿瘤治疗提供新的指导方向。N6-甲基腺嘌呤(m6A)mRNA修饰在细胞的生物学功能具有多种调控作用。研究发现肿瘤细胞的m6A修饰调控肿瘤的生长、增殖及转移,然而m6A修饰是否参与肿瘤细胞的能量代谢中尚待深入研究。

        近日,我校药学院王红胜教授课题组在Nature Communications期刊上发表题为“N6-methyladenosine regulates glycolysis of cancer cells through PDK4” 的研究论文,发现RNA的m6A修饰对肿瘤细胞的能量代谢有积极调节作用,其可通过丙酮酸脱氢酶激酶4(PDK4)参与肿瘤细胞的糖酵解和ATP生成。

 

m6A调控PDK4翻译及mRNA稳定性介导肿瘤细胞糖酵解示意图

 

        本研究发现,m6A修饰参与肿瘤细胞的糖酵解和ATP生成。甲基转移酶METTL3的缺失使得m6A水平下调,并抑制肿瘤细胞的葡萄糖摄入、乳酸产生速率和ATP生成。m6A-seq和功能实验表明,PDK4的表达受m6A调控,且过表达PDK4能逆转METTL3缺失导致的肿瘤细胞糖酵解和ATP生成抑制。进一步研究表明,PDK4 mRNA的5’UTR区而非3’UTR区的m6A修饰,可通过与YTHDF1/eEF-2复合物和IGF2BP3结合,从而正向调节其mRNA的翻译延伸及mRNA稳定性。此外,TATA结合蛋白(TBP)可以通过与METTL3启动子结合增强其转录及在宫颈癌细胞中的表达。体内和临床分析表明,m6A/PDK4在宫颈癌和肝癌组织表达上调,且对其发生发展具有促进作用。

        此外,王红胜课题组还在Nucleic Acids Research期刊上发表题为“Targeted mRNA demethylation using an engineered dCas13b-ALKBH5 fusion protein”的研究论文,成功构建基于dCas13b-ALKBH5的融合蛋白体系dm6ACRISPR,实现在活细胞内靶向mRNA进行去甲基化修饰。同时,在肿瘤细胞中运用dm6ACRISPR靶向促癌基因EGFR和MYC,可显著降低其表达和抑制肿瘤细胞的生长。  

        RNA甲基化修饰约占所有RNA修饰的60%以上,而N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine,  m6A)是高等生物mRNA中最为普遍的转录后修饰。m6A修饰由“编码器(Writer)”、“消码器(Eraser)”和“读码器(Reader)”共同调控其动态变化。其中,FTO和ALKBH5是目前已知的去甲基化酶,可“擦除”mRNA上的m6A修饰。m6A修饰对细胞各生物学行为具有多种调控作用,然而在活细胞内探讨m6A修饰在靶mRNA上的具体作用尚未能实现。近年来基于CRISPR/Cas体系发展而来的基因编辑技术发展迅速,其中,酶失活型DNA结合酶dCas9联合功能蛋白所构建的融合蛋白体系可在活细胞内定向改造DNA的表观遗传修饰。与Cas9功能相似,Cas13b可结合并剪切RNA,而酶失活型Cas13b(dCas13b)联合gRNA可在活细胞内结合靶mRNA,使活细胞内的mRNA表观遗传修饰编辑变成可能。

 

dm6ACRISPR去甲基化编辑示意图

 

        本研究利用dCas13b融合去甲基化酶ALKBH5,结合靶向mRNA的gRNA,构建出可在活细胞内靶向mRNA的m6A去甲基化修饰体系dm6ACRISPR。该体系具有特异性强、去甲基化效率高和脱靶率低等特点。研究表明,dm6ACRISPR可实现CYB5A  mRNA的单位点及CTNNB1 mRNA的多位点去甲基化,提高靶mRNA稳定性。同时,dm6ACRISPR具有高度错配不耐受的特点,其细胞内脱靶率仅为0.03%。此外,在肿瘤细胞中运用dm6ACRISPR体系靶向促癌基因EGFR和MYC,可显著降低其表达水平,同时明显抑制肿瘤细胞生长,表明dm6ACRISPR在疾病防治上具有潜在价值。

        上述研究工作获得国家自然科学基金等多项基金的资助,及中山大学第一附属医院林水宾研究员、德州大学西南医学中心江正明教授等课题组的帮助。

 

        论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-16306-5

        https://academic.oup.com/nar/article-lookup/doi/10.1093/nar/gkaa269

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